JP2002175931A

JP2002175931A - 希土類磁石およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002175931A
Application number: JP2001290765A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Takagi; 繁高木; Akira Makita; 顕槇田
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2002-06-21

Abstract

(57)【要約】【課題】希土類磁石用合金粉末の粉末として性質を改
善し、焼結磁石の磁気特性を向上させる。【解決手段】フラウンホーファ前方散乱による光散乱
法で測定された粒径が２．０μｍよりも大きく５．０μ
ｍ以下の粒子が体積比率で４５％以上を占め、しかも、
前記粒径が１０μｍよりも大きな粒子が体積比率で１％
未満のＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金粉末から成形体
を作製し、焼結する。この焼結により、平均結晶粒径が
５μｍ以上７．５μｍ以下、酸素濃度が原子比率で２．
２％以上３．０％以下のＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希
土類磁石および当該磁石用合金粉末の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】希土類焼結磁石は、希土類磁石用合金
（原料合金）を粉砕して形成した合金粉末をプレス成形
した後、焼結工程および時効熱処理工程を経て作製され
る。現在、希土類焼結磁石としては、サマリウム・コバ
ルト系磁石と希土類・鉄・ホウ素系磁石の二種類が各分
野で広く用いられている。なかでも希土類・鉄・ホウ素
系磁石（以下、「Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系磁石」と称する。Ｒは
Ｙを含む希土類元素、Ｆｅは鉄、Ｂはホウ素である）
は、種々の磁石の中で最も高い磁気エネルギー積を示
し、価格も比較的安いため、各種電子機器へ積極的に採
用されている。なお、Ｆｅの一部は、Ｃｏ等の遷移金属
元素と置換されていても良いし、Ｂ（ホウ素）の一部が
Ｃ（炭素）によって置換されていても良い。

【０００３】Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用原料合金の粉
末は、原料合金の粗粉砕を行う第１粉砕工程と、原料合
金の微粉砕を行う第２粉砕工程とを含む方法によって作
製される。通常、第１粉砕工程では、水素粉砕装置によ
って原料合金を数百μｍ以下のサイズ（平均粒径）に粗
く粉砕し、第２粉砕工程では、粗粉砕された合金（粗粉
砕粉）をジェットミル粉砕装置などによって平均粒径が
数μｍ程度のサイズに細かく粉砕する。

【０００４】原料合金自体の作製方法には大きく分けて
２種類ある。第１の方法は、原料合金の溶湯を鋳型に入
れ、比較的ゆっくりと冷却するインゴット鋳造法であ
る。第２の方法は、合金の溶湯を単ロール、双ロール、
回転ディスク、または回転円筒鋳型等に接触させて急速
に冷却し、合金溶湯からインゴット合金よりも薄い凝固
合金を作製するストリップキャスト法や遠心鋳造法に代
表される急冷法である。

【０００５】この急冷法による場合、合金溶湯の冷却速
度は１０²℃／秒以上１０⁴℃／秒以下の範囲にある。そ
して、急冷法によって作製された急冷合金の厚さは、
０．０３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲にある。合金溶湯
は冷却ロールの接触した面（ロール接触面）から凝固
し、ロール接触面から厚さ方向に結晶が柱状に成長して
ゆく。その結果、上記急冷合金は、短軸方向サイズが
０．１μｍ以上１００μｍ以下で長軸方向サイズが５μ
ｍ以上５００μｍ以下のＲ₂Ｔ₁₄Ｂ結晶相と、Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ
結晶相の粒界に分散して存在するＲリッチ相（希土類元
素Ｒの濃度が相対的に高い相）とを含有する微細結晶組
織を持つにいたる。Ｒリッチ相は希土類元素Ｒの濃度が
比較的に高い非磁性相であり、その厚さ（粒界の幅に相
当する）は１０μｍ以下である。

【０００６】急冷合金は、従来のインゴット鋳造法（金
型鋳造法）によって作製された合金（インゴット合金）
に比較して、相対的に短時間で冷却されているため、組
織が微細化され、結晶粒径が小さい。また、結晶粒が微
細に分散して粒界の面積が広く、Ｒリッチ相は粒界内を
薄く広がっているため、Ｒリッチ相の分散性にも優れ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】希土類合金（特に急冷
合金）に水素ガスをいったん吸蔵させ、いわゆる水素粉
砕処理によって粗粉砕を行う場合（本明細書では、この
ような粉砕方法を「水素粉砕法」と称する）、粒界に位
置するＲリッチ相が水素と反応し、膨張するため、Ｒリ
ッチ相の部分（粒界部分）から割れる傾向にある。その
ため、希土類合金を水素粉砕することによって得られた
粉末の粒子表面にはＲリッチ相が表れやすくなる。ま
た、急冷合金の場合は、Ｒリッチ相が微細化されてお
り、その分散性も高いため、水素粉砕粉の表面にはＲリ
ッチ相が特に露出しやすい。

【０００８】本発明者の実験によると、このような状態
の粗粉砕粉をジェットミル粉砕装置などによって微粉砕
すると、Ｒリッチな超微粉（粒径が１μｍ以下の微粉）
が生成される。Ｒリッチな超微粉は、希土類元素Ｒの含
有量が相対的に少ない他の粉末粒子（相対的に大きな粒
径を持っている）に比べて極めて酸化しやすいため、Ｒ
リッチ微粉を粉末から除去せずに、そのまま焼結磁石を
作製すると、焼結工程時に希土類元素の酸化反応が著し
く進行してしまう。その結果、希土類元素Ｒが酸素との
結合に消費され、主相であるＲ₂Ｔ₁₄Ｂ型結晶相の生成
量が低下してしまう。このことは、磁石の保磁力や残留
磁束密度を低下させ、減磁曲線の角形性を劣化させると
いう結果を招く。

【０００９】Ｒリッチな微粉砕粉の酸化を防止するに
は、粉砕工程から焼結工程までの全ての工程を不活性雰
囲気中で実施することが理想的であるが、これを工場施
設内において量産規模で実行することは極めて困難であ
る。

【００１０】一方、微量の酸素を導入した不活性雰囲気
中で微粉砕工程を実行することによって意図的に微粉砕
粉の表面を薄い酸化膜で覆い、それによって粉末と大気
との急激な酸化を抑制する方法が提案されている。

【００１１】しかしながら、このような技術による場
合、保磁力増大を目的として粉末粒径を単純に小さくし
てゆくと、同一重量の粉末中に存在する粒子の総表面積
が大きくなるため、粉末粒子の表面に吸着される総酸素
量が増大し、その結果、焼結磁石に含有される酸素濃度
が著しく高くなってしまうことになる。焼結磁石に含有
される酸素は希土類元素Ｒと結合するため、主相である
Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ型結晶相の生成量が低下し、かえって保磁力
が低下してしまう。

【００１２】通常、保磁力を高めるためには、主相であ
るＲ₂Ｔ₁₄Ｂ型結晶相の結晶粒径を小さくし、単磁区粒
子径（約０．５μｍ）に近づけることが必要と考えられ
ているが、上述したように、発火の問題を回避するには
粉末粒子の表面を薄く酸化する必要があり、そのことで
却って保磁力が低下してしまうことになる。このため、
保磁力を高めるには、粉末粒径を小さくするだけでは限
界があり、保磁力増大効果のあるＤｙやＴｂなどの高価
な希少元素を添加するという対応策がとられている。

【００１３】しかしながら、このような高価で希少な元
素を添加することは、磁石の価格を上げ、磁石の安定供
給に問題をもたらすおそれもある。そこで、Ｄｙ等を実
質的に添加することなしに、保磁力を向上させた希土類
磁石を提供することが強く求められている。

【００１４】本発明はかかる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その主な目的は、大気との接触による酸化・発
火の問題を避けながら、保磁力を向上させることのでき
るＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石の製造方法を提供すること
にある。

【００１５】本発明の他の目的は、上記の製造方法によ
り製造される高性能のＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石を提供
することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によるＲ−Ｆｅ−
Ｂ系希土類磁石の製造方法は、フラウンホーファ前方散
乱による光散乱法で測定された粒径が２．０μｍよりも
大きく５．０μｍ以下の粒子が体積比率で４５％以上を
占め、しかも、前記粒径が１０μｍよりも大きな粒子が
体積比率で１％未満のＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金
の粉末を用意する工程と、前記粉末を成形し、成形体を
作製する工程と、前記成形体を焼結する工程とを包含す
る。

【００１７】前記焼結工程によって、平均結晶粒径が５
μｍ以上７．５μｍ以下の焼結磁石を作製することが好
ましい。

【００１８】前記焼結磁石に含有される酸素の濃度を原
子比率で２．２％以上３．０％以下に調節することが好
ましい。

【００１９】前記Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金粉末
は、Ｄｙを実質的に含んでいないことが好ましい。

【００２０】好ましい実施形態において、前記Ｒ−Ｆｅ
−Ｂ系希土類磁石用合金粉末を製造する工程は、急冷法
によって作製した希土類磁石用原料合金の粗粉砕を行う
第１粉砕工程と、前記原料合金の微粉砕を行う第２粉砕
工程とを含み、前記第２粉砕工程は、粉砕装置を用い、
酸化性ガスを含む不活性ガスで満たされた粉砕室内でＲ
−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金の粉砕を行なう。

【００２１】前記粉砕装置の後段に分級機を接続し、前
記粉砕装置から出た粉末を分級することが好ましい。

【００２２】好ましい実施形態において、前記希土類磁
石用原料合金は、原料合金溶湯を１０²℃／秒以上１０⁴
℃／秒以下の冷却速度で冷却したものである。

【００２３】前記原料合金溶湯の冷却は、ストリップキ
ャスト法によって行うことが好ましい。

【００２４】本発明のＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石は、平
均結晶粒径が５μｍ以上７．５μｍ以下であり、酸素濃
度が原子比率で２．２％以上３．０％以下であることを
特徴とする。

【００２５】前記Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金粉末
は、Ｄｙを実質的に含んでいないことが好ましい。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明者は、フラウンホーファ前
方散乱による光散乱法で測定された粒径が２．０μｍよ
りも大きく５．０μｍ以下の粒子が体積比率で４５％以
上を占め、しかも、前記粒径が１０μｍよりも大きな粒
子が体積比率で１％未満のＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用
合金の粉末を用いて焼結磁石を作製すると、大気との接
触による粉末の酸化・発火の問題を避けながら、しか
も、Ｄｙを実質的に含んでいない場合でもＤｙを添加し
た場合と同様に高い保磁力が発現することを見出し、本
発明を想到するに至った。なお、本明細書において「Ｄ
ｙを実質的に含んでない」場合とは、Ｄｙ濃度が合金全
体の０．１原子％以下である状態にある場合をさすもの
とする。

【００２７】本発明では、焼結磁石に含まれる酸素の濃
度を原子比率で２．２％以上３．０％以下に調節するこ
とにより、上記の粒度分布を持つＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類
磁石用合金粉末の粒子表面を最適なレベルで酸化しつ
つ、含有酸素に起因して保磁力の低下が引き起こされな
いようにしている。

【００２８】本発明で用いるＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石
用合金粉末の平均粒径は、現在、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類
磁石を量産する場合において実際に用いられているＲ−
Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金粉末の平均粒径に比べて極
めて小さい。このため、相対的に低い温度で焼結プロセ
スを進行させることができ、その結果、最終的に得られ
る焼結磁石の平均結晶粒径を従来にくらべて大幅に低下
させることが可能である。このことが、含有酸素量の最
適化による効果と組み合わせられ、保磁力の増大に大き
く寄与している。

【００２９】本発明では、フラウンホーファ前方散乱に
よる光散乱法で測定された粒径が１０μｍよりも大きな
粒子を粉末から取り除いているが、実験によると、この
ような粒子が体積比率で１％以上存在すると、残留磁束
密度および最大磁気エネルギ積が低下することもわかっ
た。

【００３０】なお、フラウンホーファ前方散乱による光
散乱法で測定された粒径が２．０μｍ〜５．０μｍとい
う比較的に狭い範囲内にある粒子が体積比率で全体の４
５％以上を占めるということは、粉末の粒度分布が極め
てシャープであることを意味している。粉末の粒度分布
がブロードであれば、粉末粒子の平均粒径が小さい場合
でも、焼結磁石の保磁力が低下してしまうことが本発明
者の実験により確認されている。保磁力を更に向上させ
るには、上記粒径が２．０μｍ〜５．０μｍの範囲内に
ある粒子を体積比率で全体の５０％以上に調整すること
が好ましい。なお、本発明では、Ｒリッチな超微粉（粒
径：１μｍ以下）を体積比率で全体の５％以下に調節し
ている。

【００３１】本発明では、希土類磁石用原料合金の粗粉
砕を行った（第１粉砕工程）後、原料合金の微粉砕を行
う（第２粉砕工程）に際して、Ｒリッチな超微粉および
粒径の大きな粒子をできる限り除去し、上述の粒度分布
を持った粉末を作製する。

【００３２】なお、Ｒリッチな超微粉に含まれる希土類
元素Ｒの濃度は、粉末全体に含まれる希土類元素Ｒの平
均濃度よりも高いため、このような超微粉を一部でも除
去すれば、粉末全体に含まれる希土類元素Ｒの濃度は低
下することになる。希土類元素Ｒは、ハード磁性を担う
主相であるＲ₂Ｔ₁₄Ｂ型結晶相に不可欠なものであり、
また焼結に必要な液相を生成する上でも不可欠であるの
で、希土類元素Ｒの濃度低下は好ましくないように思わ
れるが、取り除かれる超微粉に含まれる希土類元素Ｒは
酸素との結合に消費され、Ｒ₂Ｔ₁₄Ｂ型結晶相や液相の
生成には充分に寄与しない。このため、Ｒリッチな超微
粉を除去することによって、結果的に粉末中の酸素量を
低減できるので、焼結磁石に含まれるＲ₂Ｔ₁₄Ｂ型結晶
相の量は却って増加し、磁石の磁気特性が改善されるこ
とになる。

【００３３】本発明者の実験によると、Ｒリッチな超微
粉は、前述のように急冷合金（例えばストリップキャス
ト合金）を粉砕する場合に生成されやすく、また、粗粉
砕を水素粉砕法によって行う場合にも生成されやすい。
したがって、以下の説明では、水素粉砕法によって急冷
合金を粗く粉砕した後、微粉砕工程を行う場合を例にと
って本発明の実施形態を説明する。なお、不活性ガスの
高速気流を用いて合金の微粉砕を実行するジェットミル
粉砕装置を使用する場合、ジェットミル粉砕装置に気流
（遠心力）分級機と分級ロータを設ければ、気流によっ
て運ばれてきた微粉砕粉からＲリッチな超微粉（粒径１
μｍ以下）や粒径が１０μｍ以上の大きな粒子を効率的
に除去することが可能である。故に、以下の実施形態で
は、ジェットミル粉砕装置を用いて微粉砕工程を行う例
を説明する。

【００３４】以下、図面を参照しながら、本発明の実施
形態を説明する。

【００３５】［原料合金］まず、公知のストリップキャ
スト法で所望の組成を有するＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石用合金
の原料合金を用意し、所定の容器に保管しておく。具体
的には、まず、Ｎｄ：８〜３０ａｔ％（原子％）、Ｂ：
２〜２８ａｔ％、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる
組成を有する合金を高周波溶解によって溶融し、合金溶
湯を形成する。合金には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈ
ｆ、Ｔａ、Ｗなどを添加しても良い。この合金溶湯を１
３５０℃に保持した後、単ロール法によって、合金溶湯
を急冷し、厚さ約０．３ｍｍのフレーク状合金鋳塊を得
た。このときの急冷条件は、ロール周速度約１ｍ／秒、
冷却速度５００℃／秒、過冷却２００℃とした。こうし
て作製した急冷合金鋳片を、次の水素粉砕前に、１〜１
０ｍｍの大きさのフレーク状に粉砕する。なお、ストリ
ップキャスト法による原料合金の製造方法は、例えば、
米国特許第５，３８３，９７８号明細書に開示されてい
る。

【００３６】［第１粉砕工程］フレーク状に粗く粉砕さ
れた原料合金鋳片を複数の原料パック（ステンレス鋼）
に充填し、ラックに搭載する。この後、原料パックが搭
載されたラックを水素炉の内部へ挿入する。次に、水素
炉の蓋体を閉じ、水素粉砕工程（第１粉砕工程）を開始
する。水素粉砕処理は、例えば図１に示す温度プロファ
イルに従って実行する。図１の例では、まず真空引き過
程Ｉを０．５時間実行した後、水素吸蔵過程IIを２．５
時間実行する。水素吸蔵過程IIでは、炉内に水素ガスを
供給し、炉内を水素雰囲気にする。そのときの水素圧力
は、２００〜４００ｋＰａ程度が好ましい。

【００３７】続いて、０〜３Ｐａ程度の減圧下で脱水素
過程IIIを５．０時間実行した後、アルゴンガスを炉内
に供給しつつ、原料合金の冷却過程IVを５．０時間実行
する。

【００３８】冷却過程IVにおいて炉内の雰囲気温度が比
較的に高い段階（例えば、１００℃を超えるとき）で
は、常温の不活性ガスを水素炉の内部に供給し、冷却す
る。その後、原料合金温度が比較的低いレベルに低下し
た段階（例えば、１００℃以下のとき）で、常温よりも
低い温度（例えば室温マイナス１０℃程度）に冷却した
不活性ガスを水素炉１０内部に供給することが冷却効率
の観点から好ましい。アルゴンガスの供給量は、１０〜
１００Ｎｍ³／ｍｉｎ程度にすればよい。

【００３９】原料合金の温度が２０〜２５℃程度にまで
低下したら、ほぼ常温（室温よりも低いが、室温との差
が５℃以下の範囲の温度）の不活性ガスを水素炉内部に
送風し、原料の温度が常温レベルに達するのを待つこと
が好ましい。こうすることによって、水素炉の蓋体を開
放した際に、炉内部で結露が生じる事態を避けることが
できる。結露によって炉内部に水分が存在していると、
真空引き工程でその水分が凍結・気化するため、真空度
を上昇させにくくなり、真空引き過程Iに要する時間が
長くなってしまうので好ましくない。

【００４０】水素粉砕後の粗粉砕合金粉末を水素炉から
取り出す際、粗粉砕粉が大気と接触しないように、不活
性雰囲気下で取り出し動作を実行することが好ましい。
そうすれば、粗粉砕粉が酸化・発熱することが防止さ
れ、磁石の磁気特性が向上するからである。次に、粗粉
砕された原料合金は複数の原料パックに充填され、ラッ
クに搭載される。

【００４１】水素粉砕によって、希土類合金は０．１ｍ
ｍ〜数ｍｍ程度の大きさに粉砕され、その平均粒径は５
００μｍ以下となる。水素粉砕後、脆化した原料合金を
ロータリクーラ等の冷却装置によって、より細かく解砕
するともに冷却することが好ましい。比較的高い温度状
態のまま原料を取り出す場合は、ロータリクーラ等によ
る冷却処理の時間を相対的に長くすれば良い。

【００４２】［第２粉砕工程］次に、第１粉砕工程で作
製された粗粉砕粉に対してジェットミル粉砕装置を用い
て微粉砕を実行する。本実施形態で使用するジェットミ
ル粉砕装置に超微粉除去に適したサイクロン分級機が接
続されている。

【００４３】以下、図２を参照しながら、ジェットミル
粉砕装置を用いて行う微粉砕工程（第２粉砕工程）を詳
細に説明する。

【００４４】図示されるジェットミル粉砕装置１０は、
第１粉砕工程で粗く粉砕された希土類合金（被粉砕物）
を供給する原料投入機１２と、原料投入機１２から投入
された被粉砕物を粉砕する粉砕機１４と、粉砕機１４で
被粉砕物を粉砕して得られた粉体を分級するサイクロン
分級機１６と、サイクロン分級機１６によって分級され
た所定の粒度分布を有する粉末を集める回収タンク１８
とを備えている。

【００４５】原料投入機１２は、被粉砕物を収容する原
料タンク２０と、原料タンク２０からの被粉砕物の供給
量をコントロールするモータ２２と、モータ２２に接続
されたスパイラル状の供給機（スクリューフィーダ）２
４とを有している。

【００４６】粉砕機１４は、縦長の略円筒状の粉砕機本
体２６を有しており、粉砕機本体２６の下部には、不活
性ガス（例えば窒素）を高速で噴出させるノズルを取り
付けるための複数のノズル口２８が設けられている。粉
砕機本体２６の側部には、粉砕機本体２６内に被粉砕物
を投入するための原料投入パイプ３０が接続されてい
る。

【００４７】原料投入パイプ３０には、供給する被粉砕
物を一旦保持し粉砕機１４内部の圧力を閉じ込めるため
のバルブ３２が設けられており、バルブ３２は、一対の
上バルブ３２ａと下バルブ３２ｂとを有している。供給
機２４と原料投入パイプ３０とはフレキシブルパイプ３
４によって連結されている。

【００４８】粉砕機１４は、粉砕機本体２６の内部上方
に設けられた分級ロータ３６と、粉砕機本体２６の外部
上方に設けられモータ３８と、粉砕機本体２６の上方に
設けられた接続パイプ４０とを有している。モータ３８
は分級ロータ３６を駆動し、接続パイプ４０は分級ロー
タ３６で分級された粉体を粉砕機１４の外部に排出す
る。分級ロータ３６により、大きな粉末粒子（粒径が１
０μｍを超える粒子）が除去された粉体がサイクロン分
級機１６に送られる。

【００４９】粉砕機１４は、支持部となる複数の脚部４
２を備えている。粉砕機１４の外周近傍には基台４４が
配設され、粉砕機１４は、脚部４２によって基台４４上
に載置される。本実施形態では、粉砕機１４の脚部４２
と基台４４との間には、ロードセルなどの重量検出器４
６が設けられる。この重量検出器４６からの出力に基づ
いて、制御部４８はモータ２２の回転数を制御し、それ
によって被粉砕物の投入量をコントロールすることがで
きる。

【００５０】サイクロン分級機１６は、分級機本体６４
を有し、分級機本体６４の内部には、排気パイプ６６が
上方から挿入されている。分級機本体６４の側部には、
分級ロータ３６で分級された粉体を導入する導入口６８
が設けられ、導入口６８はフレキシブルパイプ７０によ
って接続パイプ４０と接続されている。分級機本体６４
の下部には取出口７２が設けられ、この取出口７２に微
粉砕粉末の回収タンク１８が接続されている。

【００５１】フレキシブルパイプ３４および７０は、樹
脂もしくはゴム等によって構成されたもの、または剛性
の高い材料を蛇腹状もしくはコイル状に構成することに
よって柔軟性を持つように構成されたものであることが
好ましい。このような柔軟性のあるパイプ３４および７
０を用いると、原料タンク２０、供給機２４、分級機本
体６４、および回収タンク１８の重量変化が粉砕機１４
の脚部４２には伝達されない。そのため、脚部４２に設
けた重量検出器４６によって重量を検出すれば、粉砕機
１４内に滞留した被粉砕物の重量やその変化量を正確に
検知でき、粉砕機１４内に供給する被粉砕物の量を正確
に制御することができる。

【００５２】次に、上記のジェットミル粉砕装置１０に
よる粉砕方法を説明する。

【００５３】まず、被粉砕物を原料タンク２０に投入す
る。原料タンク２０内の被粉砕物は、供給機２４によっ
て粉砕機１４へ供給される。このとき、モータ２２の回
転数を制御することによって被粉砕物の供給量を調節す
ることができる。供給機２４から供給される被粉砕物
は、バルブ３２において一旦堰き止められる。ここで一
対の上バルブ３２ａ、下バルブ３２ｂは、交互に開閉動
作を行っている。すなわち、上バルブ３２ａが開のと
き、下バルブ３２ｂは閉状態となり、上バルブ３２ａが
閉状態のとき、下バルブ３２ｂは開状態となる。このよ
うに一対のバルブ３２ａ、３２ｂを交互に開閉すること
によって、粉砕機１４内の圧力が原料投入機１２側に漏
れないようにすることができる。その結果、被粉砕物
は、上バルブ３２ａが開状態となったときに一対の上バ
ルブ３２ａと下バルブ３２ｂとの間に供給される。そし
て、次に下バルブ３２ｂが開状態となったときに、原料
投入パイプ３０に導かれ、粉砕機１４内に導入されるこ
とになる。バルブ３２は制御回路４８とは別のシーケン
ス回路（図示せず）によって高速に駆動され、被粉砕物
が粉砕機１４内に連続的に供給される。

【００５４】粉砕機１４内に導入された被粉砕物は、ノ
ズル口２８からの不活性ガスの高速噴射によって粉砕機
１４内に巻き上げられ、装置内において高速気流ととも
に旋回する。そして、被粉砕物同士の相互衝突によって
細かく粉砕される。

【００５５】このようにして微粉砕された粉末粒子は上
昇気流に乗って分級ロータ３６に導かれ、分級ロータ３
６で気流分級され、粗い粉体は再度粉砕されることにな
る。一方、所定粒径以下に粉砕された粉体は、接続パイ
プ４０、フレキシブルパイプ７０を経由して導入口６８
からサイクロン分級機１６の分級機本体６４内に導入さ
れる。分級機本体１６内では、所定粒径以上の相対的な
大きな粉末粒子が下部に設置された回収タンク１８に堆
積されるが、超微粉は不活性ガス気流とともに排気パイ
プ６６から外部に排出される。本実施形態では、排気パ
イプ６６を通じて超微粉を除去し、それによって回収タ
ンク１８で捕集する粉末に占める超微粉（粒径：１．０
μｍ以下）の個数比率を１０％以下に調節する。このよ
うにしてＲリッチな超微粉が取り除かれると、焼結磁石
中の希土類元素Ｒが酸素との結合に消費される量を少な
くし、磁石特性を向上させることができる。

【００５６】上述のように本実施形態では、ジェットミ
ル粉砕装置（粉砕機１４）の後段に接続する遠心分級機
としてブローアップ付きのサイクロン分級機１６を用い
ている。このようなサイクロン分級機１６によれば、所
定粒径以下の超微粉は回収タンク１８に捕集されること
なく反転上昇し、パイプ６６から装置外へ排出される。

【００５７】パイプ６６から装置外へ取り除く微粉の粒
径は、例えば工業調査会の「粉体技術ポケットブック」
の第９２頁から第９６頁に記載されているようなサイク
ロンの各部パラメータを適切に規定し、不活性ガス流の
圧力を調整することによって制御することができる。

【００５８】また、原料供給量を少なくしつつ、分級ロ
ータ３６の回転数を増加させることにより、最終的に得
られる粉末粒径を小さくし、所望の粒度分布を与えるこ
とができる。

【００５９】本実施形態によれば、フラウンホーファ前
方散乱による光散乱法で測定された粒径が２．０μｍよ
りも大きく５．０μｍ以下の粒子が体積比率で４５〜８
０％程度を占め、しかも、前記粒径が１０μｍよりも大
きな粒子が体積比率で１％未満の粉末を得ることができ
る。また、前記粒径が１．０μｍ以下の超微粉の体積比
率が粉末全体の個数の５％以下である合金粉末を得るこ
とができる。

【００６０】粉砕工程における酸化を適切な範囲内に制
御するためには、微粉砕を行う際に用いる高速気流ガス
（不活性ガス）中の酸素量を体積比率で５０００〜５０
０００ｐｐｍ程度に調節することが好ましい。高速気流
ガス中の酸素濃度を制御する微粉砕方法は、例えば特公
平６−６７２８号公報に記載されている。

【００６１】上述のように微粉砕時における雰囲気中に
含まれる酸素の濃度を制御することによって、微粉砕後
における合金粉末の酸素含有量（重量）を０．８〜４．
０原子％（２０００〜１００００ｐｐｍ）程度に調整す
ることが好ましい。希土類合金粉末中の酸素量が４．０
原子％（１００００ｐｐｍ）を超えて多くなりすぎる
と、焼結磁石中において非磁性酸化物の占める割合が増
加し、最終的な焼結磁石の磁気特性が劣化してしまう。
また、低過ぎても、粉砕後に大気中の酸素と反応として
酸化されてしまうため、最終的に得られる焼結磁石中の
酸素濃度が増加することになる。

【００６２】なお、本実施形態では図２に示す構成を備
えたジェットミル粉砕装置１０を用いて第２粉砕工程を
実行したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を備
えたジェットミル粉砕装置、あるいはその他のタイプの
微粉砕装置（例えばボールミルや振動ミルなど）を用い
てもよい。また、超微粉を除去するための分級機とし
て、サイクロン分級機以外に、ファトンゲレン分級機や
ミクロセパレータなどの遠心分級機を用いても良い。

【００６３】［潤滑剤の添加］本実施形態では、上記方
法で作製された微粉砕粉に対し、ロッキングミキサー内
で潤滑剤を例えば０．３ｗｔ％添加・混合し、潤滑剤で
合金粉末粒子の表面を被覆する。潤滑剤としては、脂肪
酸エステルを石油系溶剤で希釈したものを用いることが
できる。本実施例では、脂肪酸エステルとしてカプロン
酸メチルを用い、石油系溶剤としてはイソパラフィンを
用いる。カプロン酸メチルとイソパラフィンの重量比
は、例えば１：９とする。このような液体潤滑剤は、粉
末粒子の表面を被覆し、粒子の酸化防止効果を発揮する
とともに、プレス時の配向性および粉末成形性を向上さ
せる機能（成形体の密度が均一となり、ワレ・ヒビなど
の欠陥を無くすこと）を発揮する。

【００６４】なお、潤滑剤の種類は上記のものに限定さ
れるわけではない。脂肪酸エステルとしては、カプロン
酸メチル以外に、例えば、カプリル酸メチル、ラウリル
酸メチル、ラウリン酸メチルなどを用いても良い。溶剤
としては、イソパラフィンに代表される石油系溶剤やナ
フテン系溶剤等を用いることができる。潤滑剤添加のタ
イミングは任意であり、例えばジェットミル粉砕装置に
よる微粉砕前、微粉砕中、微粉砕後のいずれであっても
良い。液体潤滑剤に代えて、あるいは液体潤滑剤ととも
に、ステアリン酸亜鉛などの固体（乾式）潤滑剤を用い
ても良い。

【００６５】［プレス成形］公知のプレス装置を用い、
上述の方法で作製した磁性粉末を配向磁界中で成形す
る。プレス成形が終了した後、粉末成形体は下パンチに
よって押し上げられ、プレス装置の外部へ取り出され
る。上記のような合金粉末を用いることにより、大気中
でのプレス成形が可能となる。

【００６６】次に、成形体は、例えばモリブデン材料か
ら形成された焼結用台板に載せられ、台板とともに焼結
ケースへ搭載される。焼結体を搭載した焼結ケースは焼
結炉内に移送され、その炉内で公知の焼結処理を受け
る。成形体は焼結プロセスを経て、焼結体に変化する。
その後、必要に応じて時効熱処理や焼結体の表面に対す
る研磨加工や保護膜堆積処理を実施する。

【００６７】本実施形態の場合、成形する粉末中に酸化
しやすいＲリッチ超微粉が少ないため、酸化による発熱
・発火がプレス成形直後においても生じにくくなってい
る。Ｒリッチな超微粉を取り除くことによって、磁気特
性の向上だけではなく、安全性の向上も実現することが
できる。

【００６８】［実施例と比較例］本実施例では、原子比
率で希土類元素Ｒが１３〜１５％、ホウ素（Ｂ）が６〜
７％、鉄（Ｆｅ）が残部を占める原料に対して、前述の
サイクロン分級機に接続されたジェットミル粉砕装置を
用いて微粉砕工程を行い、種々の試料Ａ〜Ｌを作製し
た。これらの試料の粉末について、まず、粒度分布、酸
素量を評価した。結果を表１に示す。

【００６９】

【表１】

【００７０】表１では、ＦＳＳＳ（Fisher Sub-Sieve S
izer）粒度とＤ₅₀粒度（Mass Median Diameter）を併記
している。ここで、試料Ａ、Ｄ〜Ｈ、およびＫは、本発
明の実施例であり、試料Ｂ、Ｃ、Ｉ、Ｊ、およびＬは比
較例である。試料Ｃには１原子％のＤｙを加えたが、そ
れ以外の試料にはＤｙを添加していない。

【００７１】各試料の粉末を得るための粉砕条件は、下
記の表２に示すとおりである。

【００７２】

【表２】

【００７３】原料の供給速度を相対的に遅くし、分級ロ
ータの回転数を上昇させることにより、本発明の粒度分
布を有する微粉が得られる。

【００７４】図３は、試料Ａ、Ｂ、およびＦの粉末粒度
分布を示すグラフである。この粉末粒度分布は、フラウ
ンホーファ前方散乱による光散乱法で測定されたもので
ある。比較例である試料Ｂの粒度分布と比較して、実施
例である試料ＡおよびＦの粒度分布はシャープである。
試料ＡおよびＦでは、粒径が２．０μｍよりも大きく
５．０μｍ以下の粒子が体積比率で４５％以上を占め、
しかも、粒径が１０μｍよりも大きな粒子が体積比率で
１％未満である。これに対し、試料Ｂでは、粒径が２．
０μｍよりも大きく５．０μｍ以下の粒子が体積比率で
３８％であり、粒径が１０μｍよりも大きな粒子の体積
比率は４％である。

【００７５】図４は、上記試料Ａ、Ｂ、およびＦの粉末
の頻度分布を示したグラフである。累積頻度が全体の５
０％となる粒径（Ｄ₅₀）は、試料ＡおよびＦの粉末で
は、それぞれ、３．２μｍおよび３．８μｍであるが、
試料Ｂでは５．０μｍと大きい。これらの粒径は、ＦＳ
ＳＳ粒径に換算すると、それぞれ、２．１μｍ、２．４
μｍ、および３．１μｍとなる。

【００７６】上記試料Ａ〜Ｌの粉末をプレスして１５ｍ
ｍ×１５ｍｍ×１５ｍｍのサイズを持つ成形体を作製し
た。プレス圧力は、１００ＭＰａとした。プレスに際
し、プレス方向と直交する方向に配向磁界（０．８ＭＡ
／ｍ）を印加した。プレス後、アルゴン雰囲気中で成形
体を焼結した。焼結条件は、下記の表３に示す通りとし
た。

【００７７】

【表３】

【００７８】各試料Ａ〜Ｌの焼結磁石について、結晶粒
度、酸素濃度、磁気特性、および密度を評価した。その
結果を下記の表４に示す。

【００７９】

【表４】

【００８０】なお、表４の酸素量は、焼結磁石中の酸素
量を以下の方法で測定したものである。すなわち、焼結
磁石を不活性雰囲気中で数十〜数百μｍの大きさに粉砕
した後、この粉末を電極付きカーボン坩堝内に入れ、電
流を流して３０００℃程度に加熱する。すると、磁石中
の酸素原子（Ｏ）と坩堝の炭素原子（Ｃ）とが反応して
ＣＯやＣＯ₂ガスが発生するので、流れ出た上記ガスを
赤外線吸収検出器に通し、ガスの赤外線透過率からガス
濃度（酸素濃度）を求めることができる。このような酸
素濃度の測定には、堀場製作所製の測定装置（ＥＭＧＡ
−６２０Ｗ）を使用した。また、画像解析装置を用い、
焼結体の断面写真（研磨面の写真）から切片長を求め、
その切片長を１．５倍した値を「平均結晶粒径」とし
た。

【００８１】なお、上記試料のうち、特に試料Ａ、Ｂ、
およびＦの粉末から作製した焼結磁石の結晶組織を示す
顕微鏡写真（倍率６４０倍）を、それぞれ、図５、図
６、および図７に示しておく。これらの写真上における
６．４ｍｍの長さが現実の１０μｍに相当する。

【００８２】上記表４からわかるように、焼結磁石の平
均結晶粒径が５μｍ以上７．５μｍ以下、酸素濃度が原
子比率で２．２％以上３．０％以下の範囲内にある実施
例の磁気特性は、粒度分布がこの範囲から外れている比
較例（試料Ｃを除く）の磁気特性に比べて著しく優れて
いることがわかる。試料Ｃの磁気特性は本発明の実施例
と同様に優れた磁気特性を示しているが、その原因は、
添加したＤｙが磁気特性の改善に寄与するからである。
言いかえると、本発明によれば、高価なＤｙを添加しな
い場合であっても、Ｄｙを１原子％添加した場合と同等
レベルの優れた磁気特性を得ることができ、製造コスト
を大きく低減することが可能になる。また、希少資源で
あるＤｙを使用しなくてもすむ。

【００８３】なお、本発明で用いる希土類合金の粉末粒
子は強磁性体であるため、磁力によって凝集し、２次粒
子を形成する傾向がある。このため、従来の粒度分布測
定方法を用いた場合、正確な測定結果が得られないおそ
れがある。本実施例では、粒度分布の測定を、以下のよ
うにして実行した。

【００８４】試料セル中に強いガス流をあてて粉末粒子
の凝集を防ぎつつ、粒度分布測定装置のレーザ光源から
放射されたレーザビームを試料セルに照射し、高速でス
キャンする。そして、試料セルを透過したレーザビーム
の強度変化を検知し、それに基づいて試料セル内に分散
している粒子の粒度分布を測定する。このような粒度分
布測定は、例えばｓｙｍｐａｔｅｃ社製の粒度分布測定
装置（品番HELOS Particle Size Analyzer）を用いて行
うことができる。この粒度分布測定装置は、高速スキャ
ンされるレーザビームが粒子によって遮れたときに透過
光量の減少が生じることを利用し、レーザビームが粒子
を通過するのに要した時間から粒径を直接的に求めるこ
とができる。

【００８５】以上、ストリップキャスト法で作製した急
冷合金について本願発明を説明してきたが、本発明の適
用範囲はこれに限定されない。インゴット法によって作
製された合金を用いる場合でもＲリッチな超微粉が形成
されるため、本発明の効果が奏される。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、粒度が揃い、かつ、従
来よりも細かい粉末を用い、しかも酸素濃度を適切に調
節しているため、希土類元素Ｒの酸化に起因する磁石特
性の劣化を充分に防止し、保磁力などの磁石特性を大き
く改善することができるとともに、磁石製造工程中の安
全性も向上させることが可能になる。

【００８７】本発明は、Ｒリッチな超微粉が生成されや
すい急冷合金（例えばストリップキャスト合金）を使用
する場合や水素粉砕工程を実行する場合に特に顕著な効
果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における粗粉砕工程で実行する水素粉砕
処理の温度プロファイルの一例を示すグラフである。

【図２】本発明における微粉砕工程を行うために好適に
用いられるジェットミル粉砕装置の構成を示す断面図で
ある。

【図３】試料Ａ、Ｂ、およびＦについて、フラウンホー
ファ前方散乱による光散乱法で測定した粉末粒度分布を
示すグラフである。

【図４】試料Ａ、Ｂ、およびＦの粉末の頻度分布を示し
たグラフである。このグラフは、図３のグラフに示され
ている測定データに基づいて作製されたものでる。

【図５】試料Ａの粉末から作製された焼結磁石の結晶組
織を示す顕微鏡写真（倍率６４０倍）である。

【図６】試料Ｂの粉末から作製された焼結磁石の結晶組
織を示す顕微鏡写真（倍率６４０倍）である。

【図７】試料Ｆの粉末から作製された焼結磁石の結晶組
織を示す顕微鏡写真（倍率６４０倍）である。

【符号の説明】

１０ジェットミル粉砕装置１２原料投入機１４粉砕機１６サイクロン分級機１８回収タンク２０原料タンク２２モータ２４供給機（スクリューフィーダ）２６粉砕機本体２８ノズル口３０原料投入パイプ３２バルブ３２ａ上バルブ３２ｂ下バルブ３４フレキシブルパイプ３６分級ロータ３８モータ４０接続パイプ４２脚部４４基台４６重量検出器４８制御部６４分級機本体６６排気パイプ６８導入口７０フレキシブルパイプ７２取出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｆ 1/06 Ｈ０１Ｆ 1/06 ＡＦターム(参考） 4K017 AA01 AA04 BA06 BB12 CA06 CA07 DA04 EE01 FA01 FA03 4K018 AA27 BA18 BB04 BC12 CA00 DA00 KA45 5E040 AA04 CA01 HB03 NN01 NN18 5E062 CD04 CG02 CG03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フラウンホーファ前方散乱による光散乱
法で測定された粒径が２．０μｍよりも大きく５．０μ
ｍ以下の粒子が体積比率で４５％以上を占め、しかも、
前記粒径が１０μｍよりも大きな粒子が体積比率で１％
未満のＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金の粉末を用意す
る工程と、前記粉末を成形し、成形体を作製する工程と、前記成形体を焼結する工程と、を包含するＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石の製造方法。
【請求項２】前記焼結工程によって、平均結晶粒径が
５μｍ以上７．５μｍ以下の焼結磁石を作製する請求項
２に記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石の製造方法。
【請求項３】前記焼結磁石に含有される酸素の濃度を
原子比率で２．２％以上３．０％以下に調節する請求項
１または２に記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石の製造方
法。
【請求項４】前記Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金粉
末は、Ｄｙを実質的に含んでいない請求項１から３のい
ずれかに記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石の製造方法。
【請求項５】前記Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金粉
末を製造する工程は、急冷法によって作製した希土類磁
石用原料合金の粗粉砕を行う第１粉砕工程と、前記原料
合金の微粉砕を行う第２粉砕工程とを含み、前記第２粉砕工程は、粉砕装置を用い、酸化性ガスを含
む不活性ガスで満たされた粉砕室内でＲ−Ｆｅ−Ｂ系希
土類磁石用合金の粉砕を行なう請求項１から４のいずれ
かに記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石の製造方法。
【請求項６】前記粉砕装置の後段に分級機を接続し、
前記粉砕装置から出た粉末を分級する請求項５に記載の
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金粉末の製造方法。
【請求項７】前記希土類磁石用原料合金は、原料合金
溶湯を１０²℃／秒以上１０⁴℃／秒以下の冷却速度で冷
却したものであることを特徴とする請求項１から６の何
れかに記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金粉末の製
造方法。
【請求項８】前記原料合金溶湯の冷却はストリップキ
ャスト法によって行うことを特徴とする請求項１から７
の何れかに記載のＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金粉末
の製造方法。
【請求項９】平均結晶粒径が５μｍ以上７．５μｍ以
下であり、酸素濃度が原子比率で２．２％以上３．０％
以下であることを特徴とするＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁
石。
【請求項１０】前記Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石用合金
粉末は、Ｄｙを実質的に含んでいない請求項９に記載の
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石。